Univerzitet u Banjoj Luci
Elektrotehniˇcki fakultet
Katedra za opˇstu elektrotehniku
Laboratorijske vjeˇzbe iz predmeta: Osnovi elektrotehnike 2
ˇ
Sesta
vjeˇ
zba
Osciloskop DSO1052B
Student:
Broj indeksa:
Osciloskop
Elektronska osciloskopija je oblast metrologije koja prouˇcava metode vizuelnog prikazivanja
i mjerenja parametara elektronskih kola u vremenskom domenu primjenom osciloskopa. Osciloskop je elektronski mjerni instrument koji ima znaˇcajnu primjenu u oblasti elektrotehnike. Npr.
osciloskopi imaju mogu´cnost ispitivanja signala frekvencije do reda gigaherca, a posebni stroboskopski osciloskopi mogu da pomo´cu transformacije vremenskog intervala imaju radni opseg do
nekoliko desetaka gigaherca. Takode, osciloskopi imaju veoma veliku ulaznu impedansu, odnosno zanemarljivo malu potroˇsnju pa praktiˇcno ne optere´cuju elektriˇcno kolo. Pored mogu´cnosti
vizuelnog prikaza signala u vremenskom domenu iz ˇsirokog frekventnog opsega, osciloskopi mogu
da se koriste za odredivanje nepoznatih frekvencija i faznih pomaka, za snimanje histerezisne
petlje feromagnentih materijala, poredenje dva signala, itd. Medutim, najvaˇzniju primjenu osciloskop nalazi prilikom projektovanja i testiranja elektronskih kola kada je potrebno verifikovati
rad pojedinih dijelova elektronskih kola i pojedine signale u elektronskom kolu.
Katodni osciloskop koristi katodnu cijev da izvrˇsi pretvaranje mjerenog napona u pomjeraj
elektronskog mlaza, pa moˇze da registruje vremenske zavisnosti elektriˇcnih veliˇcina, a moˇze
da registuje i medusobne funkcionalne zavisnosti vremenskih veliˇcina. Znaˇcajne karakteristike
katodnih osciloskopa su:
(i) Mogu´cnost rada u ˇsirokom frekventnom opsegu,
(ii) velika ulazna otpornost, odnosno veoma mala potroˇsnja,
(iii) mogu´cnost analize signala u vremenskom domenu,
(iv) mogu´cnosti mjerenja frekvencija, faznih pomaka i poredenja dva signala u vremenskom
domenu.
Digitalni osciloskopi koriste metode odmjeravanja kontinulanih signala i digitalne obrade
signala za prikaz talasnog oblika signala na ekranu. Stoga, pored prikaza mogu da pruˇze
mogu´cnosti napredne obrade, kao ˇsto je brza Furijevoa transformacija tj. prikaza spektralnih
komponenata signala1 . Digitalni osciloskopi imaju dodatne mogu´cnosti u odnosu na katodne
osciloskope:
(i) Mogu´cnosti implementacije naprednih algoritama digitalne obrade signala,
(ii) mogu´cnosti memorisanja signala, njegovih karakteristika i postavki za mjerenje,
(iii) obrada digitalnih signala,
(iv) istovremeni rad sa nekoliko kanala kod viˇsekanalnih osciloskopa, itd.
1
Prostoperiodiˇcni naponi i struje su signali koji se najˇceˇs´ce koriste, a predstavljaju sinusne ili kosinusne funkcije
na odredenoj frekvenciji. Ovakvi signali predstavljaju prostoperiodiˇcne signale i oni sadrˇze samo jednu spektralnu
komponentu. Metode analize sloˇzenoperiodiˇcnih signala koji sadrˇze viˇse spektralnih komponenata prevazilaze
sadrˇzaj predmeta Osnovi elektrotehnike 2 i o tome ´ce biti viˇse detalja u predmetu Teorija elektriˇcnih kola.
1
Digitalni osciloskop DSO1052B
Digitalni osciloskop DSO1052B je dvokanalni osciloskop sa mogu´cnosti odmjeravanja signala
sa brzinom od 1 GSa/s, ˇsto znaˇci da moˇze da prikupi milion odbiraka mjerenog signala u jednoj
sekundi. Takode, ovaj osciloskop moˇze da mjeri signale frekvencije do 50 MHz. Osciloskop ima
ekran za prikaz signala sa lijeve strane i panel sa tasterima i dugmadima za podeˇsavanje sa desne
strane, ˇsto je prikazano na Slici 1.
Slika 1: DSO1052B
DSO1052B ima dva BNC konektora za dva kanala pa moˇze da mjeri dva razliˇcita napona
u isto vrijeme i jedan konektor za koriˇstenje spoljaˇsnjeg trigera. Sa dugmadima oznaˇcenim sa
1 i 2 se aktiviraju prvi i drugi kanal, respektivno. Iznad tih dugmadi se nalaze potenciometri
za podeˇsavanje naponske rezolucije tj. podeˇsavanja parametra Volt/Div, koji govori koliko volti
sadrˇzi jedna jedinica mjere prikazana na ekranu osciloskopa. Ispod dugmadi za aktiviranje kanala
se nalaze potenciometri za pozicioniranje signala jednog i drugog kanala na ekranu osciloskopa.
Desno pored ekrana osciloskopa se nalazi pet neoznaˇcenih dugmadi, kao i jedno za aktiviranje
ili uklanjanje prikaza menija na samom ekranu oznaˇceno sa Menu On/Off. Neoznaˇcena dugmad
sluˇze za aktiviranje opcija koje se pored njih pojavljuju na ekranu osciloskopa.
Na vrhu panela se nalaze komande za podeˇsavanje vremenske ose, tj podeˇsavanje horizontalne
ose ili parameta Time/Div, koji govori o duˇzini vremenskog intervala koji sadrˇzi jedna jedinica
mjere prikazana na ekranu osciloskopa.
U desnom gornjem uglu se nalazi dugme Run/Stop koje je korisno ukoliko je potrebno zamrznuti sliku na ekranu osciloskopa i naknadno ponovo pokrenuti mjerenja. Veoma korisna
moˇze biti mogu´cnost automatskog podeˇsavanja koje se aktivira pritiskom na dugme Auto Scale.
S obzirom na to da digitalni osciloskop automatski vrˇsi mjerenja napona i frekvencije signala,
odabiranjem opcije za automatsko skaliranje se ti parametri koriste za optimalan prikaz talasnih
oblika.
Posebno korisna opcija se aktivira pritiskom na dugme Meas, kojim se dopuˇsta odabir prikaza
pojedinih mjerenih parametara na ekranu osciloskopa, kao ˇsto je efektivna vrijednost, amplituda,
frekvencija, itd.
ˇ
Cuvanje
podataka je omogu´ceno na nekoliko naˇcina i to na eksternu USB memoriju ili internu
ˇ
memoriju. Cuvanje
trenutnog prikaza slike na ekranu osciloskopa je mogu´ce inicirati pritiskom na
dugme Save/Recall i odabirom opcije External. Prethodno je poˇzeljno izabrati format podataka
koji ˇzeli da se saˇcuva.
2
Mjerenje napona i frekvencije
Za mjerenje napona i frekvencije potrebno je pritisnuti dugme Meas na desnoj strani panela,
ˇsto aktivira meni da desnoj strani ekrana osciloskopa. U tom meniju moˇze da se izabere koji
kanal se koristi za mjerenje i to odabirom opcije Source, zatim mogu´ce je birati razliˇcite opcije
za mjerenje napona i vremena. Na Slici 2 je prikazano mjerenje efektivne vrijednosti napona
Vrms2 i frekvencije.
Slika 2: Mjerenje efektivne vrijednosti napona i frekvencije
Mjerenje faznog pomaka
Naponi koji se dovode na dva kanala osciloskopa su funkcije vremena, koje se uobiˇcajeno
nazivaju X kanal i Y kanal, x(t) i y(t). Medutim, osciloskop omogu´cava da se prikaˇze figura
na ekranu koja bi odgovarala parametarskoj zavisnosti u y(x), na osnovu koje moˇze da se mjeri
fazni pomak i jedna frekvencija ukoliko je druga nepoznata3 . Da bi se prikazala zavisnost y(x)
potrebno je pritisnuti dugme Horiz, pa u opciji Time Base izabrati X − Y umjesto Y − T . Na
Slici 3 je prikazana medusobna zavisnost dva signala iste frekvencije koji imaju fazni pomak od
0 rad, dok je na Slici 4 prikazan sluˇcaj kada je fazni pomak izmedu 0 i π rad.
Pretpostavimo da se na prvi kanal dovodi napon talasnog oblika x(t) = Ux sin (ωt), a na drugi
kanal napon y(t) = Uy sin (ωt + φ), gdje su Ux i Uy amplitude napona, ω kruˇzna frekvencija, a φ
fazni pomak drugog napona u odnosu na prvi. S obzirom da se na osciloskopu moˇze podeˇsavati
naponska rezolucija pokazivanje ´ce biti srazmjerno amplitudama napona:
x(t) = Ax sin (ωt) , y(t) = By sin (ωt + φ)
(1)
gdje je Ax = sx Ux i By = sy Uy . Koeficijenti srazmjernosti sx i sy zavise od podeˇsavanja
osciloskopa i nisu bitni za dalju analizu. Ako je ωt = 0, na osnovu jednaˇcina (1) i Slike 5 je
B = Bx sin φ, odnosno za ωt = π − φ je A = Ax sin φ. Na osnovu prethodnog se fazna razlika
moˇze raˇcunati prema jednaˇcinama:
φ = arcsin
B
A
φ = arcsin
Ax
Bx
2
(2)
Voltage Root Mean Square, srednjekvadratna vrijednost.
Zavisnost koja jednog napona u odnosu na drugi daje krivu koja se naziva Lisaˇzuova kriva. Na osnovu oblika
Lisaˇzuovih krivih mogu´ce je odrediti nepoznatu frekvenciju jednog signala, ako je druga poznata, ˇsto se detaljno
izuˇcava u predmetu elektriˇcna mjerenja.
3
3
Slika 3: Naponi dva kanala u fazi
Slika 4: Fazna razlika izmedu napona dva kanala
Slika 5: Odredivanje fazne razlike izmedu napona dva kanala
Primjer 1. Na osnovu jedne od jednaˇcina (2) i Slike 4 moˇzemo da izraˇcunamo trenutni fazni
pomak izmedu dva napona:
φ = arcsin
A
12
= φ = arcsin
= 0.7837 rad ≈ 45◦
Ax
17
4
Rad u laboratoriji
Zadaci za rad u laboratoriji:
1. Spojiti signal generator na jedan kanal osciloskopa pomo´cu BNC kabla.
2. Podesiti mjerenje efektivne vrijednosti napona i frekvencije za upotrebljeni kanal.
3. Pomo´cu osciloskopa podesiti da generator daje sinusoidalni napon efektivne vrijednosti
2 V i frekvencije 500 Hz, napon trougaonog talasnog oblika efektivne vrijednosti 1,5 V i
frekvencije 1000 Hz, te napon pravougaonog talasnog oblika efektivne vrijednosti 5 V i
frekvencije 750 Hz. Izvrˇsiti podeˇsavanje osciloskopa tako da se na ekranu vide barem tri
perioda signala za svaki od prethodnih sluˇcajeva.
4. Snimiti talasne oblike na eksternu memoriju i priloˇziti ih u izvjeˇstaju.
5. Na drugi kanal osciloskopa prikljuˇciti drugi signal generator preko BNC konektora.
6. Na oba kanala dovesti sinusoidalni napon efektivne vrijednosti 3 V i frekvencije 500 Hz i
snimiti talasne oblike.
7. Na ekranu osciloskopa prikazati zavisnost y(x) i snimiti krivu u jednom trenutku.
8. Izraˇcunati faznu razliku izmedu napona dva kanala prema jednaˇcinama (2).
5
Rezultati i izvodenja
6
Download

Univerzitet u Banjoj Luci Elektrotehnicki fakultet